橋梁裂縫在道橋工程中的影響

袁紅英

【摘 要】本文在分析橋梁裂縫產生的機理和原因的基礎上,從設計和施工兩個方面提出了橋梁裂縫的具體控制措施,并給出了橋梁裂縫的處理對策,對實際工程具有一定的指導意義。

【關鍵詞】橋梁裂縫 混凝土

1 橋梁自身因素形成的裂縫

1.1 溫度變化引起的裂縫

當混凝土結構外部環境和內部溫度發生變化時,將發生變形,由于其約束,結構內部將產生應力,當應力超過其抗壓強度時將產生裂縫。

1.2 收縮引起的裂縫

混凝土的干燥過程是由表面逐漸擴展到內部的,在混凝土內部呈現含水梯度,因此產生表面收縮大、內部收縮小的不均勻收縮,導致表面混凝土承受拉力,內部混凝土承受壓力。當表面的混凝土所受的拉力超過其抗拉強度時,便產生收縮裂縫。混凝土收縮主要有以下3種。

(1)塑性收縮。主要發生在混凝土澆筑初期。施工時,混凝土澆筑后,此時水泥水化反應激烈,分子鏈逐漸形成,出現泌水和水分急劇蒸發,混凝土失水收縮,同時骨料因自重下沉,此時收縮為塑收縮。在骨料下沉過程中受到鋼筋阻擋,即形成沿鋼筋方向裂縫。

(2)干縮。混凝土結硬后,隨著表面水分逐步蒸發,溫度逐漸降低,混凝土體積縮小,稱為干縮。因混凝土表面水分損失快,內部損失慢,表面收縮受到內部混凝土的約束,致使表面混凝土承受拉力,當表面混凝土承受拉力超過其抗拉強度時,便產生收縮裂縫。

(3)自生收縮。自生收縮是混凝土在硬化過程中,水泥與水發生水化反應生成新的物質而導致自身體積縮小。

2 橋梁其他因素引起的開裂

2.1 基礎變形引起的開裂

基礎變形一般為基礎空間不均勻沉降或水平方向位移,發生基礎變形后,結構物中產生附加壓力,超過結構物的抗拉強度時即產生裂縫,基礎不均勻沉降的原因有,地質試驗資料不準、地質差異大、荷載差別大、分期建造等。

2.2 鋼筋銹蝕引起的裂縫

當構件中鋼筋的混凝土保護層不足,或混凝土質量較差時,二氧化碳侵蝕鋼筋表面,使鋼筋周圍混凝土的堿度降低,鋼筋表面容易被混凝土中的氧氣和水銹蝕,使周圍混凝土產生膨脹壓力,使混凝土保護層開裂、剝落,沿鋼筋縱向產生裂縫,并有銹跡滲到混凝土表面。由于銹蝕,使混凝土有效面積減少,鋼筋與混凝土的握裹力削弱,結構承載力下降,并誘發其他形式的裂縫,加劇鋼筋銹蝕,導致結構破壞,鋼筋銹蝕是最后造成結構破壞的主要因素。

2.3 凍脹引起的裂縫

溫度低于零度時,混凝土出同冰凍,游離的水變成冰,體積膨脹9%,因而混凝土產生膨脹應力,并導致裂縫出現。當混凝土中骨料空隙多、吸水性強、骨料中含有雜質過多、水灰比偏大均導致混凝土凍脹裂縫。溫度低于零度和混凝土吸水飽和是發生凍脹破壞的必要條件。

2.4 施工材料質量引起的裂縫

混凝土的材料合成為水泥、砂、骨料、拌合水以及外加劑,配制混凝土材料不合格,從而導致裂縫出現。砂石含量超標使混凝土干燥時產生不規則的網狀裂縫,砂石的級配差常造成側面裂縫,拌合水以及外加劑中雜質含中過高會對鋼筋銹蝕產生影響等。當施工質量低,工藝不合格同樣也會產生各種形式裂縫。

3 橋梁裂縫的溫控措施和施工現場控制

3.1溫度預測分析

根據現場混凝土配合比和施工中的氣溫氣候情況及各種養護方案,采用計算機仿真技術對混凝土施工期溫度場和溫差進行計算機模擬動態預測,提供結構沿厚度方向的溫度分布及隨混凝土齡期變化情況,制定混凝土在施工期內不產生溫度裂縫的溫控標準,進行保溫養護優化選擇。

3.2混凝土澆筑方案

采用延緩溫差梯度和降溫梯度的措施,在澆筑前經詳細計算安排分塊、分層澆筑次序、流向、澆筑厚度、寬度、長度、前后澆筑的搭接時間;控制混凝土溫度并加強振搗,嚴格控制振搗時間,移動距離和插入深度,保證振搗密實,嚴防漏振和過振,確保混凝土均勻密實; 做好現場協調組織管理,要有充足的人力、物力、保證施工按計劃順利進行,保證混凝土供應,確保不留冷縫;澆筑后對大體積混凝土表面較厚的水泥漿進行必要的處理,一般澆筑后3～4h內初步用木長刮尺刮平,初凝前用鐵滾筒碾壓2遍,再用木抹子搓平壓實,以控制表面龜裂;混凝土澆灌完后,立即采取有效的保溫措施并按規定覆蓋養護。

3.3混凝土溫度監測

在混凝土內部外部設置溫度測點,設置保溫材料溫度測點及養護水溫度測點,現場溫度監測數據由數據采集儀自動采集并進行整理分析。每一測點的溫度值、各測位中心測點與表層測點的溫差值,作為研究調整控溫措施的依據,防止混凝土出現溫度裂縫。為反映溫控效果可在少數混凝土層中埋設應變計進行溫度應力檢測,應沿水平方向布置,檢測水平方向應力分量。

3.4通水冷卻

采用薄壁鋼管在一些混凝土澆筑分層中帶冷卻水管,冷卻水管使用前進行試水,防止管道漏水和阻塞,根據混凝土內部溫度監測,控制冷卻水管進水流量及溫度。

4 在構造設計上對橋梁裂縫采取防裂措施

(1)設計合理的結構形式,可以減少工程數量,減低水化熱。如可根據懸索橋錨碇受力特點,設計挖空非關鍵受力部分混凝土體積,利用土方壓重方案,來減少混凝土結構體積。

(2)充分利用混凝土在基坑有側限條件,在混凝土中摻加微膨脹劑,使其在基坑約束下形成一定的預壓力,補償混凝土內部溫度,收縮產生的拉應力,從而有效的避免混凝土裂縫的產生。

(3)大體積混凝土體積龐大,施工周期一般較長,依據結構受力情況可合理地確定混凝土評定驗收齡期,打破正常標準28d的評定驗收齡期,改為60d或更多天,評定驗收齡期充分考慮混凝土的后期強度,從而減低設計標號,達到減少混凝土水泥用量減低水化熱的目的。

(4)由于邊界存在約束才會產生溫度應力,采用改善邊界約束的構造設計,如遇有約束強的巖石類地基、較厚的混凝土墊層等時,可在接觸面上設滑動層來減少溫度應力,在外約束的接觸面上全部設滑動層,則可大大減弱外約束。

(5)還應重視合理有益作用,可采取增配構造鋼筋,配筋應盡可能采用小直徑、小間距,全截面含筋率控制在0.3%～0.5%之間,在混凝土表面增設金屬擴張網等有效措施,有效地提高混凝土抗裂性能。

參考文獻:

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